Тракторы и автомобили применяемые в с.х

В системах электрооборудования все шире применяют электронные приборы и устройства, повышающие надежность, безотказность и эффективность работы этих систем, обеспечивающие безопасность движения машин и т. п.

5.2 Источники электрической энергии

Электрическая энергия на современных тракторах (автомобилях) применяется для пуска двигателей (стартером), звуковой и световой сигнализации, освещения пути, питания контрольно-измерительных приборов и других целей. Все устройства и приборы, входящие в электрооборудование, делят на источники и потребители энергии. К источникам тока на тракторе (автомобиле) относят генератор и аккумуляторную батарею, потребителям - стартер, приборы сигнализации, освещения и контрольно-измерительные.

Аккумуляторная батарея предназначена для питания потребителей электроэнергии при неработающем двигателе и при малой частоте вращения коленчатого вала, а также для питания стартера при пуске двигателя. При работающем двигателе она потребляет избыточную энергию генератора и, заряжаясь, накапливает ее. На тракторах используют свинцово-кислотные аккумуляторы стартерного типа.

Генератор предназначен для преобразования механической энергии в электрическую, которая необходима для питания потребителей при работе двигателей на средних и больших частотах вращения и зарядки аккумулятора. На тракторах используют генераторы постоянного и переменного тока. На всех современных тракторах устанавливают генераторы переменного тока, которые по устройству проще, чем генераторы постоянного тока, надежнее в эксплуатации и имеют меньшие габаритные размеры. Генератор приводится в действие с помощью ремня, надетого на шкив вала двигателя и шкив генератора.

5.3 Системы пуска

Чтобы пустить двигатель внутреннего сгорания, вращение коленчатого вала необходимо довести до некоторой частоты, обеспечивающей смесеобразование, заполнение цилиндров свежим зарядом, сжатие и воспламенение смеси. При температуре воздуха выше 0 °С эта частота вращения для карбюраторных двигателей должна быть не менее 40...50 мин-1 а для дизелей - не менее 150...250 мин-1.

Пуск дизеля вспомогательным бензиновым двигателем используют на некоторых тракторных дизелях.

39

Для облегчения пуска дизеля жидкостные системы охлаждения пускового двигателя и дизеля взаимосвязаны, благодаря чему обеспечивается прогрев дизеля.

Пуск электрическим стартером - наиболее распространенный способ, пригодный для автомобильных, тракторных и пусковых двигателей. Схема системы пуска электрическим стартером показана на рисунке 5.1. Электрический стартер 3 питается от аккумуляторной батареи 1 током низкого напряжения. В период пуска шестерня 4 стартера входит в зацепление с зубчатым венцом 5 маховика двигателя. Передаточное число между шестерней стартера и венцом маховика подбирают с таким расчетом, чтобы сообщить коленчатому валу двигателя необходимую для пуска частоту вращения. Стартер включают на период пуска и выключают специальным механизмом сразу после того, как двигатель начнет работать.

Рисунок 5.1 Схема пуска электрическим стартером:

1 - аккумуляторная батарея; 2 - включатель; 3 - электрический стартер; 4 - шестерня стартера; 5 - зубчатый венец маховики двигателя.

Система пуска дизелей с помощью двигателя надежна в любых температурных условиях, но обслуживание ее и операции при пуске сложнее, чем в случае пуска электрическим стартером.

Электрический стартер предназначен для пуска как карбюраторных двигателей, так и дизелей. На тракторах Т-16М, Т-25А, МТЗ-80, К-701 элек-

40

трическим стартером запускают основные дизели, а на тракторах ДТ-75М, Т-150, Т-150К - пусковые двигатели.

Стартер представляет собой электродвигатель постоянного тока с механизмом привода и включателем. Стартеры выпускают с механическим и электромагнитным включением шестерни привода. Наиболее распространено электромагнитное включение.

5.4 Система зажигания

На современных автомобилях используют системы зажигания двух типов: классическую и электронную (контактную и бесконтактную). Классическая система батарейного зажигания длительное время существовала без принципиальных изменений и совершенствовалась лишь конструктивно. Ограниченные возможности этой системы, повышенные требования к системам зажигания и развитие электроники привели к созданию электронных систем зажигания. Классическая система батарейного зажигания состоит из источников тока низкого напряжения - аккумуляторной батареи 21 (рисунок 5.2) и генератора, катушки зажигания 12, прерывателя 5, включателя зажигания 8, распределителя тока высокого напряжения 16, искровых свечей зажигания 19 и соединительных проводов низкого и высокого напряжения.

Рисунок 5.2. Схема батарейной системы зажигания:

1 - рычажок прерывателя; 2 - подвижной контакт; 3 - неподвижный контакт; 4 - кулачок; 5 - прерыватель; 6 - конденсатор: 7, 15 и 18 - провода; 8 - включатель зажигания; 9 - добавочное сопротивление (резистор); 10 - первичная обмотка; 11 - вторичная обмотка; 12 - катушка зажигания; 13 - сердечник катушки; 14 - включатель; 16 - распределитель; 17 - электроды; 19 - искровая свеча зажигания; 20 - ротор с токоразносящей пластиной (электродом); 21 - аккумуляторная батарея; 22 – амперметр.

41

Когда зажигание включено и контакты прерывателя 5 замкнуты, ток низкого напряжения подается от аккумуляторной батареи 21 или генератора по цепи: положительный вывод аккумуляторной батареи - амперметр 22 - включатель зажигания 8 - добавочное сопротивление (резистор) 9 - первичная обмотка 10 катушки зажигания 12 - подвижной контакт 2 прерывателя 5 - «масса» - отрицательный вывод аккумуляторной батареи 21.

Проходя по первичной обмотке 10, ток низкого напряжения создает вокруг ее витков плавно возрастающее магнитное поле.

Когда вращающийся кулачок 4 переместит рычажок 1 прерывателя 5, контакты 2 и 3 разомкнутся, ток низкого напряжения в первичной обмотке 10 прервется и магнитный поток вокруг нее исчезнет. Исчезающий магнитный поток пересечет витки первичной 10 и вторичной 11 обмоток катушки зажигания 12. Вследствие этого в первичной обмотке индуцируется электродвижущая сила (ЭДС) самоиндукции порядка 200...300 В, а во вторичной обмотке, имеющей значительно большее число витков, - 18...20 кВ. Напряжение во вторичной обмотке достаточно, чтобы между электродами свечи 19 создать надежный искровой разряд, зажигающий рабочую смесь.

Цепь тока высокого напряжения: вторичная обмотка 11 катушки зажигания 12 - провод 15 высокого напряжения - угольный электрод ротора 20 - один из электродов 17 крышки распределителя 16 - провод 18 - центральный электрод свечи - боковой электрод свечи - «масса» - отрицательный вывод аккумуляторной батареи - амперметр 22 - включатель зажигания 8 - резистор 9 - первичная обмотка 10 - вторичная обмотка 11 катушки зажигания 12.

Затем вновь происходит замыкание контактов прерывателя, так как кулачок 4 сойдет с выступа рычажка I прерывателя.

ЭДС самоиндукции замедляет процесс исчезновения тока в первичной обмотке и приводит к искрению между контактами 2 и 3 прерывателя, их окислению и разрушению. Для уменьшения воздействия ЭДС самоиндукции параллельно контактам прерывателя включен конденсатор 6, который в период размыкания контактов заряжается током самоиндукции, а затем, разряжаясь в обратном направлении, ускоряет исчезновение тока в цепи низкого напряжения, а следовательно, и магнитного потока, поэтому увеличивается ЭДС вторичной цепи и контакты 2 и 3 прерывателя предохраняются от обгорания.

В пусковых двигателях применяют систему зажигания от магнето. Основным прибором такой системы является магнето высокого напряжения. В нем совмещены функции генератора переменного тока, трансформатора, прерывателя и распределителя тока (в магнето одноцилиндрового двигателя отсутствует распределитель тока).

42

6 Технико-экономические показатели работы двигателей

Как известно, мощность - это работа, совершенная в единицу времени. Кроме эффективной мощности для оценки технико-экономической эффективности двигателей используют индикаторную мощность Ni.

Индикаторная мощность - это мощность, развиваемая газами в цилиндрах двигателя.

Эффективная мощность меньше индикаторной вследствие того, что часть последней затрачивается на преодоление механических потерь в двигателе:

Мощность механических потерь Nм учитывает затраты части ин-

дикаторной мощности на преодоление сопротивлений трения движущихся деталей и приведение в действие вспомогательных устройств двигателя - масляного и водяного насосов, вентилятора, генератора, топливного насоса и др.

Механический коэффициент полезного действия двигателя (КПД) - отношение эффективной мощности к индикаторной:

ηм=Nе/Ni

При работе на номинальном режиме, т. е. при полном использовании мощности Ne, КПД автотракторных двигателей составляет 0,75...0,88. У дизелей КПД меньше, чем у карбюраторных двигателей, так как из-за более высокой степени сжатия выше затраты мощности на трение движущихся деталей.

Массу топлива, расходуемую двигателем при определенной загрузке в течение 1 ч, называют часовым расходом топлива GT (кг/ч). Топливную экономичность различных двигателей оценивают по удельному расходу топлива ge |г/(кВт-ч)], под которым подразумевают массу топлива в граммах, расходуемую за 1 ч на создание единицы эффективной мощности:

Номинальное значение ge современных автотракторных четырехтактных карбюраторных двигателей находится в пределах 280...300 г/(кВт-ч), а у дизелей - в пределах 220...260 г/(кВт-ч), т. е. дизели более экономичные, чем карбюраторные двигатели, за счет более высокой степени сжатия. Чем выше степень сжатия, тем экономичнее двигатель.

Применение на ряде современных бензиновых двигателей вместо кар-

43

бюратора системы с впрыском топлива во всасывающий коллектор или непосредственно в цилиндр обеспечивает снижение ge по сравнению с карбюраторными двигателями. Наименее экономичными являются двухтактные двигатели, так как у них цилиндры продуваются горючей смесью, из-за чего часть ее уходит с отработавшими газами. Кроме того, их цилиндры хуже очищаются от продуктов сгорания.

Эффективность работы различных двигателей сравнивают не только по топливной экономичности, но и по литровой мощности и удельной массе.

Литровая мощность Nn - это отношение эффективной мощности Ne к рабочему объему двигателя К,, показывающее, насколько эффективно используется рабочий объем. Чем больше литровая мощность при других равных условиях, тем меньше габаритные размеры и масса двигателя. У тракторных дизелей Nл = 11...20 кВт/л.

Современная тенденция развития автотракторных двигателей характеризуется увеличением их полной эффективной и литровой мощностей, снижением удельного расхода топлива и масел, уменьшением металлоемкости и токсичности выбросов отработавших газов, повышением надежности и долговечности. Этим объясняется широкое применение дизелей с турбонаддувом, имеющим промежуточное охлаждение воздуха, поступающего в цилиндры, для повышения наполнения их воздухом. Многие зарубежные бензиновые двигатели вместо карбюраторов оснащают системой впрыска топлива, работающей в автоматическом режиме совместно с системой зажигания, что обеспечивает оптимальный режим работы обеих систем, повышение мощности и снижение расхода топлива, а также уменьшение токсичности выбросов отработавших газов. Такие «инжекторные» двигатели устанавливают и на некоторых отечественных легковых автомобилях.

Технико-экономические показатели двигателей определяют на специальных обкаточно-тормозных стендах, на которых замеряют загрузку двигателя и частоту вращения его коленчатого вала. По загрузке (показанию силоизмерительного механизма) определяют вращающий момент двигателя Мвр. (Нм) как произведение силы на плечо ее приложения относительно оси вращения коленчатого вала. Частоту вращения этого вала п (мин-1) замеряют тахометром. Эффективную мощность двигателя рассчитывают по формуле

Технико-экономические показатели при различных режимах работы (частоте вращения и нагрузке) оценивают по характеристикам. Характеристики - это графические выражения зависимости одного или нескольких показателей работы двигателя от другого независимого показателя. Характеристики строят по результатам испытаний двигателя на тормозном стенде.

44

Наиболее эффективно двигатель работает на режиме максимальной мощности. Частоту вращения коленчатого вала и вращающий момент двигателя на этом режиме называют номинальными. Недогрузка двигателя существенно влияет на производительность и топливную экономичность тракторов и автомобилей. Так, удельный расход топлива интенсивно растет при уменьшении Ne от максимального значения до нуля.

7 Трансмиссия

7.1 Общие сведения

Сопротивление движению тракторного агрегата и автомобиля изменяется непрерывно и в широких пределах. Это объясняется колебаниями удельного сопротивления почвы, загрузки рабочих органов машин, сопротивлений качению колес и сцепления их с грунтом или дорогой, возникающими на пути движения, подъемами и уклонами и т. д. Соответственно требуется изменять вращающий момент, подводимый к ведущим колесам (звездочкам) как для преодоления возросших сопротивлений, так и для более полного использования мощности двигателя, получения высокой производительности при наименьшем расходе топлива.

Трансмиссия служит для передачи вращающего момента двигателя ведущим колесам трактора (автомобиля), а также части мощности двигателя агрегатируемой с трактором машине. При помощи трансмиссии можно изменить вращающий момент и частоту вращения ведущих колес по значению и направлению.

К трансмиссии предъявляют следующие требования: высокий КПД, возможность индивидуального регулирования частоты вращения колес, низкая металлоемкость, высокая надежность, возможность привода агрегатов с большим относительным перемещением, независимость размещения силовой установки, возможность деления мощности, применение группового и индивидуального приводов ходовых систем, приспособленность к колебаниям тяговых нагрузок, способность передавать мощность на значительные расстояния, широкий диапазон регулирования силовых и скоростных параметров.

По способу изменения вращающего момента различают ступенчатые, бесступенчатые и комбинированные трансмиссии.

Ступенчатые трансмиссии состоят из зубчатых колес различных типов. В этой трансмиссии при переходе от одного режима работы к другому вращающий момент меняется через интервалы, кратные передаточным числам, поэтому она получила название ступенчатой. При наличии ступенчатой

45

трансмиссии на некоторых режимах невозможно полностью использовать мощность двигателя.

Бесступенчатые трансмиссии обеспечивают непрерывность и автоматичность процесса изменения вращающего момента, чем выгодно отличаются от ступенчатых. Вместе с тем им свойственны некоторые недостатки: сложность конструкции, более низкий КПД. Различают фрикционные (механические), электрические и гидравлические бесступенчатые трансмиссии. Гидравлические передачи делят на гидродинамические и гидрообъемные.

Минский тракторный завод разработал инновационный трактор "Бела- рус-3023" с бесступенчатой электромеханической трансмиссией.

Комбинированные трансмиссии представляют собой сочетание одной из бесступенчатых передач со ступенчатой передачей, имеющей вспомогательное значение. Это позволяет расширить диапазон изменения вращающего момента на движителях и одновременно сохранить основные преимущества бесступенчатой передачи. Комбинированная трансмиссия, у которой в качестве одной из сборочных единиц применяют гидродинамическую передачу, называется гидромеханической. Такая трансмиссия применена в тракторе ДТ-175С.

Наиболее распространены механические трансмиссии. В механическую трансмиссию входят следующие механизмы (рисунок 7.1): сцепление коробка передач, промежуточное соединение, карданная передача главная (центральная передача, дифференциальный механизм или муфты поворота у гусеничных тракторов и конечные передачи.

46

Рисунок 7.1 Схемы трансмиссий:

а - автомобиля с колесной формулой 4х2; 1 - сцепление; 2 - коробка передач; 3 - карданная передача; 4 - главная передача; 5 - дифференциал; 6 - полуось; б - колесного трактора; в - гусеничного трактора: 1 - двигатель; 2 - сцепление; 3 - коробка передач; 4 - главная (центральная) передача; 5 - задний мост; 6 - дифференциал у колесных тракторов и конечные передачи у гусеничных тракторов; 7 - ведущее колесо (гусеница); 8 - направляющее колесо; 9 - бортовые фрикционы или планетарный механизм поворота.

7.2 Сцепление

Сцеплением называют механизмы, предназначенные для обеспечения разъединения и плавного соединения трансмиссии с двигателем Отсоединение трансмиссии от двигателя необходимо при его пуске изменении передаточного числа в трансмиссии путем перемещения шестерен в коробке передач, во время остановки или стоянки трактора. Сцепление ограничивает максимальный вращающий момент в трансмиссии, предохраняя ее от перегрузок.

47

К сцеплению предъявляют следующие требования: надежная передача наибольшего вращающего момента двигателя трансмиссии; быстрое и плавное разъединение и соединение ведущих и ведомых частей, обеспечивающее необходимую частоту выключения и включения, а следовательно, и постепенное нагружение механизмов трансмиссии; ограниченный момент инерции ведомых частей; высокая надежность работы, легкость управления, удобство обслуживания и регулировок.

На тракторах и автомобилях применяют фрикционные дисковые сцепления, передающие вращающий момент за счет сил трения. Рабочими поверхностями в них служат плоские диски (ведущие и ведомые). В зависимости от числа ведущих элементов (дисков), передающих вращающий момент, различают одно- и двухдисковые сцепления. Число дисков определяется передаваемым наибольшим вращающим моментом и размером ведомого диска (или дисков), исходя из минимизации моментов инерции ведомой части.

Наиболее распространенная схема установки сцепления между маховиком двигателя и ведущим валом коробки передач показана на рисунке 7.2. Ведущим диском сцепления служит маховик.

Рисунок 7.2. Принципиальная схема сцепления

К его торцу пружинами через нажимной диск прижимается ведомый диск с фрикционными накладками, установленный посредством шлицев на ведущем валу коробки передач.

При включенном сцеплении между маховиком и накладками ведомого диска возникают силы трения, вынуждающие сцепление вращаться как одно целое, передавая вращающий момент от маховика на ведущий вал коробки передач. Для выключения сцепления водитель воздействует на педаль привода, и через систему тяг усилие передается на муфту выключения, которая

48